Η σκολίωση ως φυσική στάση - Ιδιοπαθής σκολίωση: παλιές και νέες έννοιες, κλινική περίπτωση

Επιμέλεια Δρ. Giovanni Chetta

Από τη βιοχημεία στη βιομηχανική

Δεν μπορεί κανείς να σκεφτεί την κατανόηση, τουλάχιστον εν μέρει, του σκολιωτικού (και ορθοστατικού) προβλήματος χωρίς επαρκή γνώση της ανθρώπινης βιομηχανικής και, με τη σειρά του, δεν μπορεί να κατανοήσει τη βιομηχανική χωρίς να περάσει από τη βιοχημεία, τη φυσική και τα μαθηματικά.

Εξωκυτταρική μήτρα (MEC)

Μια περιγραφή, έστω και για τα λίγα που γνωρίζουμε σήμερα, για το ECM (εξωκυτταρική μήτρα) είναι απαραίτητη για την καλύτερη κατανόηση της σημασίας των αλλαγών στη σπονδυλική στήλη και της στάσης στην υγεία.
Κάθε κύτταρο, όπως κάθε πολυκύτταρος ζωντανός οργανισμός, χρειάζεται να "αισθάνεται" και να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του για να εκτελέσει τις ζωτικές του λειτουργίες και να επιβιώσει. Σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό τα κύτταρα πρέπει να συντονίζουν τις διαφορετικές συμπεριφορές όπως σε μια κοινότητα ανθρώπων.

Στην πραγματικότητα, σε πολυκύτταρους οργανισμούς, τα κύτταρα χρησιμοποιούν εκατοντάδες εξωκυτταρικά μόρια (πρωτεΐνες, πεπτίδια, αμινοξέα, νουκλεοτίδια, στεροειδή, παράγωγα λιπαρών οξέων, αέρια σε διάλυμα κ.λπ.) για να στέλνουν συνεχώς μηνύματα, τόσο κοντινά όσο και μακρινά. Σε κάθε πολυκύτταρο οργανισμό, κάθε κύτταρο εκτίθεται έτσι σε εκατοντάδες διαφορετικά μόρια σήματος που υπάρχουν μέσα και έξω, δεσμευμένα στην επιφάνειά του και ελεύθερα ή δεσμευμένα στην ECM. Τα κύτταρα έρχονται σε επαφή με το πολύ περίπλοκο εξωτερικό περιβάλλον μέσω της επιφάνειάς τους, της μεμβράνης πλάσματος, μέσω πολυάριθμων εξειδικευμένων περιοχών (από μερικές δεκάδες έως πάνω από 100.000 για κάθε κύτταρο). Οι διάφοροι υποδοχείς μεμβράνης είναι ευαίσθητοι σε πολλά σήματα που προέρχονται τόσο από το εσωτερικό όσο και από το ECM και είναι σε θέση, αναγνωρίζοντας και δεσμεύοντας ένα μόριο σήματος (π.χ. νευροδιαβιβαστή), να προκαλέσουν συγκεκριμένες αντιδράσεις στο εσωτερικό του κυττάρου: έκκριση, κυτταρική διαίρεση, ανοσολογικές αντιδράσεις κ.λπ. (Gennis, 1989).

Η ECM γενικά περιγράφεται ότι αποτελείται από πολλές μεγάλες κατηγορίες βιομορίων:

Δομικές πρωτεΐνες (κολλαγόνο και ελαστίνη)
Εξειδικευμένες πρωτεΐνες (fibrillin, fibronectin, laminin κ.λπ.)
Πρωτεογλυκάνες (aggrecans, syndecans) και glusaminoglycans (υαλουρονάνες, θειικές χονδροϊτίνες, θειικά ηπαρά κ.λπ.)

Μεταξύ των δομικών πρωτεϊνών, δηλ κολλαγόνο αποτελούν την πιο αντιπροσωπευτική οικογένεια γλυκοπρωτεϊνών στο ζωικό βασίλειο. Είναι οι πιο παρούσες πρωτεΐνες στην ECM (αλλά όχι οι πιο σημαντικές) και είναι τα θεμελιώδη συστατικά των συνδετικών ιστών (χόνδρος, οστό, περιτονία, τένοντες, σύνδεσμοι).
Τα κολλαγόνα συντίθενται κυρίως από ινοβλάστες, αλλά τα επιθηλιακά κύτταρα είναι επίσης ικανά να τα συνθέσουν.
Οι ίνες κολλαγόνου αλληλεπιδρούν συνεχώς με μια τεράστια ποσότητα άλλων μορίων της ECM που αποτελούν μια βιολογική συνέχεια θεμελιώδη για τη ζωή του κυττάρου. Τα σχετικά κολλαγόνα στα ινίδια καταλαμβάνουν κυρίαρχο ρόλο στο σχηματισμό και τη διατήρηση δομών ικανών να αντισταθούν στις δυνάμεις τάσης Το ανελαστικό κολλαγόνο παράγεται και μεταβολίζεται ξανά ως συνάρτηση του μηχανικού φορτίου και οι ιξωδο-ελαστικές του ιδιότητες έχουν μεγάλη επίδραση στη στάση του ανθρώπου.
Οι ίνες κολλαγόνου χάρη στην επικάλυψη PG / GAG (πρωτεογλυκάνες / γλυκοζαμινογλυκάνες) διαθέτουν βιοαισθητήρες και βιοαγωγικές ιδιότητες. Γνωρίζουμε στην πραγματικότητα ότι κάθε μηχανική δύναμη ικανή να δημιουργήσει μια δομική παραμόρφωση πιέζει τους διαμοριακούς δεσμούς παράγοντας μια μικρή ηλεκτρική ροή, δηλαδή το πιεζοηλεκτρικό ρεύμα (Athenstaedt, 1969). Επομένως, το τρισδιάστατο και πανταχού παρόν δίκτυο κολλαγόνου διαθέτει επίσης το ιδιότυπο χαρακτηριστικό της διεξαγωγής βιοηλεκτρικών σημάτων στις τρεις διαστάσεις του χώρου, με βάση τη σχετική διάταξη μεταξύ ινιδίων κολλαγόνου και κυττάρων, προς την προσαγωγική κατεύθυνση (από την ECM στα κύτταρα) ή το κακό αντίθετα αποτελεσματικό.
Όλα αυτά αντιπροσωπεύουν ένα σύστημα επικοινωνίας MEC-κυττάρων σε πραγματικό χρόνο και τέτοια ηλεκτρομαγνητικά βιο-σήματα μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές βιοχημικές αλλαγές, για παράδειγμα, στα "οστεοκλάστες των οστών δεν μπορούν να" αφομοιώσουν "πιεζοηλεκτρικά φορτισμένο οστό (Oschman, 2000).
Τέλος, θα πρέπει να τονιστεί ότι το κύτταρο, δεν αποτελεί έκπληξη, παράγει συνεχώς και με σημαντική δαπάνη ενέργειας (περίπου 70%) υλικό που πρέπει απαραιτήτως να αποβληθεί μέσω της αποκλειστικής αποθήκευσης πρωτοκολλαγόνου (βιολογικού προδρόμου κολλαγόνου) σε συγκεκριμένα κυστίδια ( Albergati, 2004).

Η συντριπτική πλειοψηφία των ιστών των σπονδυλωτών απαιτεί ταυτόχρονη παρουσία δύο ζωτικών χαρακτηριστικών: τη δύναμη και την ελαστικότητα. Ένα πραγματικό δίκτυο ελαστικές ίνες, που βρίσκεται μέσα στο ECM αυτών των ιστών, επιτρέπει την επιστροφή στις αρχικές συνθήκες μετά από ισχυρές έλξεις.Οι ελαστικές ίνες είναι σε θέση να αυξήσουν την επεκτασιμότητα ενός οργάνου ή ενός μέρους του τουλάχιστον πέντε φορές. Μακρές, ανελαστικές ίνες κολλαγόνου διασκορπίζονται μεταξύ των ελαστικών ινών με τον ακριβή στόχο να περιορίσουν μια «υπερβολική παραμόρφωση από την πρόσφυση των ιστών». Η ελαστίνη αντιπροσωπεύει το κύριο συστατικό των ελαστικών ινών και βρίσκεται σε ιδιαίτερα άφθονες ποσότητες στα αιμοφόρα αγγεία με ελαστικά χαρακτηριστικά ( αποτελεί περισσότερο από το 50% του συνολικού ξηρού βάρους της αορτής), στους συνδέσμους, στον πνεύμονα και στο δέρμα.Τα λεία μυϊκά κύτταρα και οι ινοβλάστες είναι οι κύριοι παραγωγοί του προδρόμου της, της τροποελαστίνης.

Το ECM περιέχει έναν μεγάλο (και ακόμη όχι καλά καθορισμένο) αριθμό εξειδικευμένων πρωτεϊνών μη κολλαγόνου που τυπικά έχουν ειδικές θέσεις σύνδεσης για άλλα μόρια ECM και υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε συστατικό αυτών των πρωτεϊνών λειτουργεί ως "ενισχυτής" επαφών, τόσο μεταξύ παρόμοιων όσο και διαφορετικών μορίων, δημιουργώντας ένα άπειρο βιοχημικό δίκτυο ικανό να παράγει, να διαμορφώνει, να μεταβάλλει και να διαδίδει ακόμη και σε απόσταση εκατομμύρια και εκατομμύρια βιοχημικές πληροφορίες (και ενέργεια).
Μια σημαντική «εξειδικευμένη πρωτεΐνη της εξωκυτταρικής μήτρας είναι η ινονεκτίνη, γλυκοπρωτεΐνη υψηλού μοριακού βάρους που βρίσκεται σε όλα τα σπονδυλωτά. Η ινονεκτίνη φαίνεται να μπορεί να επηρεάσει την κυτταρική ανάπτυξη, τη διακυτταρική πρόσφυση και με ECM, τη μετανάστευση των κυττάρων με διάφορους τρόπους (το κύτταρο μπορεί να κινηθεί έως και 5 εκατοστά την ημέρα - Albergati, 2004) κ.λπ. Η πιο γνωστή ισομορφή, τύπου III, συνδέεται με ιντεγκρίνες Το Οι τελευταίες είναι μια οικογένεια διαμεμβρανικών πρωτεϊνών που δρουν ως μηχανικοί υποδοχείς: μετατρέπουν, επιλεκτικά και με δυνατότητα ρύθμισης, μηχανικές έλξεις και ωθούν από την ECM μέσα στο κύτταρο και αντίστροφα, προκαλώντας μια σειρά αντιδράσεων στο κυτταρόπλασμα που περιλαμβάνουν τον κυτταροσκελετό και άλλες πρωτεΐνες που ρυθμίζουν την κυτταρική πρόσφυση, ανάπτυξη και μετανάστευση (Hynes, 2002).

Οι γλυκοζαμινογλυκάνες (GAGS) και οι πρωτεογλυκάνες (PGs) σχηματίζουν μια εξαιρετικά ενυδατωμένη ουσία που μοιάζει με γέλη, οριζόμενη στους συνδετικούς ιστούς, εντός της οποίας οι ινιδικές πρωτεΐνες στεγάζονται και εμποτίζονται. Αυτή η μορφή γέλης πολυσακχαρίτη είναι ικανή αφενός να επιτρέψει στην ECM να αντισταθεί σε σημαντικές συμπιεστικές δυνάμεις και αφετέρου να επιτρέψει μια ταχεία, σταθερή και επιλεκτική διάχυση θρεπτικών συστατικών, μεταβολιτών και ορμονών μεταξύ αίματος και ιστών.
Οι πολυσακχαριτικές αλυσίδες των γλυκοζαμινογλυκανών είναι ογκομετρικά πολύ άκαμπτες για να διπλωθούν μέσα στις συμπαγείς σφαιρικές δομές τυπικές των πολυπεπτιδικών αλυσίδων, επιπλέον είναι εξαιρετικά υδρόφιλες. Για τους λόγους αυτούς (και πιθανώς και για άλλους άγνωστους σε εμάς) οι GAG τείνουν να υποθέτουν εξαιρετικά μεγάλες διαμορφώσεις. καταλαμβάνουν μεγάλο όγκο σε σχέση με τη μάζα τους και σχηματίζουν έτσι σημαντικές ποσότητες πηκτής ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις.Η μεγάλη ποσότητα αρνητικών φορτίων (τα GAG αντιπροσωπεύουν τα πιο πολυάριθμα ανιονικά κύτταρα, που συνήθως θειώνονται, παράγονται από ζωικά κύτταρα) προσελκύει πολλά κατιόντα. Μεταξύ αυτών, κυρίαρχο ρόλο παίζει το Na +, το οποίο δίνει ολόκληρη την οσμωτική ικανότητα και παγιδεύει μια τεράστια ποσότητα νερού στην ECM. Με αυτόν τον τρόπο, δημιουργούνται οιδήματα (στροβιλισμοί) που επιτρέπουν στην ECM να αντιταχθεί ακόμη και σε σημαντικές δυνάμεις συμπίεσης (χάρη σε αυτό, για παράδειγμα, ο χόνδρος του ισχίου μπορεί, υπό φυσιολογικές συνθήκες, να αντισταθεί τέλεια σε μια πίεση αρκετών εκατοντάδων ατμοσφαιρών).
Μέσα στο συνδετικό ιστό, οι GAG αντιπροσωπεύουν λιγότερο από το 10-12% του παγκόσμιου βάρους, ωστόσο, χάρη στα χαρακτηριστικά τους, γεμίζουν πολλούς εξωκυττάριους χώρους σχηματίζοντας πόρους από ενυδατωμένο τζελ διαφόρων μεγεθών και πυκνότητας ηλεκτρικών φορτίων, λειτουργώντας ως εκλεκτικά βασικά σημεία ή «διακομιστές» μέσω των οποίων ρυθμίζεται η κυκλοφορία μορίων και κυττάρων μέσα στο MEC, με βάση το μέγεθος, το βάρος και το ηλεκτρικό φορτίο τους.
Το υαλουρονικό οξύ (υαλουρονικό, υαλουρονικό) αντιπροσωπεύει ίσως το πιο απλό από τα GAG. Πειραματικά και μοριακά-βιολογικά δεδομένα επιβεβαιώνουν ότι παίζει θεμελιώδη ρόλο σε επίπεδο οστών και αρθρώσεων όσον αφορά την αντοχή σε σημαντικές πιέσεις. Πλήρωση χώρων στο ECM κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη : δημιουργεί κενούς χώρους μεταξύ των κυττάρων στα οποία θα μεταναστεύσουν σε μεταγενέστερα στάδια (Albergati, 2004).
Δεν εκκρίνονται όλα τα PG από ECM, μερικά είναι αναπόσπαστα συστατικά των μεμβρανών πλάσματος (Alberts, 2002).

Η εξωκυτταρική μήτρα μπορεί επομένως να θεωρηθεί ως ένα πολύπλοκο δίκτυο στο οποίο οι πρωτεΐνες, τα PGS και τα GAG παρέχουν αναρίθμητες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων της δομικής υποστήριξης και ρύθμισης κάθε ιστού και οργανικής δραστηριότητας. Η παγκόσμια κυτταρική ομοιόσταση πρέπει να θεωρηθεί ως ένα σύμπλεγμα μηχανισμών που μπορούν να δημιουργηθούν και να αναπτυχθούν μέσα στο κύτταρο ή έξω από το ECM · στην τελευταία περίπτωση, το κύτταρο μπορεί να αντιπροσωπεύει τον ενδιάμεσο ή τελικό στόχο. Τα εξωκυτταρικά συστατικά, εκτός από το ότι αντιπροσωπεύουν δομές φυσικής υποστήριξης για το κυτταρικό ικρίωμα, λειτουργούν επίσης ως πραγματικές θέσεις για την έναρξη, ανάπτυξη και τερματισμό ζωτικών διεργασιών που αφορούν τόσο το ενδοκυτταρικό περιβάλλον όσο και όργανα και συστήματα. Είμαστε αντιμέτωποι με ένα άπειρο βιοχημικό δίκτυο ικανό να παράγει, να διαμορφώνει, να μεταβάλλει και να διαδίδει, ακόμη και σε απόσταση, εκατομμύρια και εκατομμύρια πληροφορίες.
Κάθε κύτταρο του σώματος αλληλεπιδρά συνεχώς με την ECM, τόσο υπό τη μηχανική όσο και τη χημική και ενεργειακή πλευρά, με «δραματικές» επιδράσεις στη στατική και δυναμική αρχιτεκτονική των ιστών. Σύμφωνα με τον P. A. Bacci, η διάμεσος μήτρα αντιπροσωπεύει πραγματικά τη μητέρα των ζωτικών αντιδράσεων, τον τόπο όπου, πρώτα απ 'όλα, πραγματοποιούνται οι ανταλλαγές μεταξύ ύλης και ενέργειας. Όλοι οι ιστοί συνδέονται και λειτουργικά ενσωματώνονται μεταξύ τους όχι σε κλειστά αλλά ανοιχτά συστήματα. πραγματοποιούνται συνεχείς ανταλλαγές μεταξύ τους, οι οποίες μπορούν να λάβουν χώρα τόσο τοπικά όσο και συστημικά, αξιοποιώντας βιοχημικά, βιοφυσικά και ηλεκτρομαγνητικά μηνύματα, χρησιμοποιώντας δηλαδή τις διάφορες μορφές ενέργειας.
Όπως ο F. G.Στεγασμένο, το κύτταρο και η εξωκυτταρική μήτρα αντιπροσωπεύουν δύο μόνο φαινομενικά ξεχωριστούς κόσμους που αναγκαστικά για όλη τη διάρκεια της ζωής πρέπει να αλληλεπιδρούν ανά πάσα στιγμή για να λειτουργήσουν με σωστό και συνεργιστικό τρόπο. Αυτό απαιτεί μια εξαιρετική σειρά σημάτων που ακολουθείται από μια εξίσου απίστευτη σειρά μοριακών-βιολογικών δραστηριοτήτων.