Skoliosis sebagai sikap alami - Skoliosis idiopatik: konsep lama dan baru, kasus klinis

Diedit oleh Dr. Giovanni Chetta

Dari biokimia hingga biomekanik

Seseorang tidak dapat memikirkan pemahaman, setidaknya sebagian, masalah skoliotik (dan postural) tanpa pengetahuan yang memadai tentang biomekanik manusia dan, pada gilirannya, seseorang tidak dapat memahami biomekanik tanpa melalui biokimia, fisika, dan matematika.

Matriks ekstra seluler (MEC)

Deskripsi, meskipun sedikit yang kita ketahui hari ini, tentang ECM (matriks ekstraseluler) sangat penting untuk lebih memahami pentingnya perubahan pada tulang belakang dan postur dalam kesehatan.
Setiap sel, seperti setiap organisme hidup multiseluler, perlu "merasakan" dan berinteraksi dengan lingkungannya untuk menjalankan fungsi vitalnya dan bertahan hidup. Dalam organisme multiseluler, sel-sel harus mengoordinasikan perilaku yang berbeda seperti dalam komunitas manusia.

Faktanya, pada organisme multiseluler, sel menggunakan ratusan molekul ekstraseluler (protein, peptida, asam amino, nukleotida, steroid, turunan asam lemak, gas dalam larutan, dll.) untuk terus mengirim pesan, baik jarak dekat maupun jauh. Dalam setiap organisme multiseluler, setiap sel dengan demikian terpapar ratusan molekul sinyal berbeda yang ada di dalam dan di luar, terikat pada permukaannya dan bebas atau terikat dalam ECM. Sel-sel bersentuhan dengan lingkungan luar yang sangat rumit melalui permukaannya, membran plasma, melalui banyak area khusus (dari beberapa puluh hingga lebih dari 100.000 untuk setiap sel). Berbagai reseptor membran sensitif terhadap banyak sinyal yang datang baik dari dalam maupun dari ECM dan mampu, mengenali dan mengikat molekul sinyal (misalnya neurotransmitter), untuk memicu reaksi spesifik di dalam sel: sekresi, pembelahan sel, reaksi imun, dll. (Gennis, 1989).

ECM umumnya digambarkan sebagai terdiri dari beberapa kelas besar biomolekul:

Protein struktural (kolagen dan elastin)
Protein khusus (fibrillin, fibronektin, laminin, dll.)
Proteoglikan (aggrecans, syndecans) dan glusaminoglikan (hyaluronan, kondroitin sulfat, heparan sulfat, dll.)

Di antara protein struktural, i kolagen membentuk keluarga glikoprotein yang paling terwakili di kerajaan hewan. Mereka adalah protein yang paling hadir dalam ECM (tetapi bukan yang paling penting) dan merupakan konstituen dasar dari jaringan ikat yang tepat (tulang rawan, tulang, fasia, tendon, ligamen).
Kolagen sebagian besar disintesis oleh fibroblas tetapi sel epitel juga dapat mensintesisnya.
Serat kolagen terus berinteraksi dengan sejumlah besar molekul lain dari ECM yang merupakan dasar kontinum biologis bagi kehidupan sel. Kolagen terkait dalam fibril menempati peran utama dalam pembentukan dan pemeliharaan struktur yang mampu menahan gaya tegangan hampir Kolagen inelastis diproduksi dan dimetabolisme ulang sebagai fungsi dari beban mekanis dan sifat visko-elastisnya memiliki dampak besar pada postur manusia.
Serat kolagen berkat lapisan PG / GAG mereka (proteoglikan / glukosaminoglikan) memiliki sifat biosensor dan biokonduktor. Kita tahu faktanya bahwa setiap gaya mekanik yang mampu menghasilkan deformasi struktural menekankan ikatan antar molekul yang menghasilkan sedikit fluks listrik, yaitu arus piezoelektrik (Athenstaedt, 1969). Oleh karena itu, jaringan kolagen tiga dimensi dan di mana-mana juga memiliki karakteristik khusus dalam menghantarkan sinyal bioelektrik dalam ruang tiga dimensi, berdasarkan susunan relatif antara fibril kolagen dan sel, dalam arah aferen (dari ECM ke sel) atau sebaliknya. sebaliknya eferen.
Semua ini mewakili sistem komunikasi sel-MEC waktu-nyata dan bio-sinyal elektromagnetik semacam itu dapat menyebabkan perubahan biokimia penting, misalnya, dalam "osteoklas tulang tidak dapat" mencerna "tulang bermuatan piezoelektrik (Oschman, 2000).
Akhirnya, harus ditekankan bahwa sel, tidak mengherankan, menghasilkan secara terus menerus dan dengan pengeluaran energi yang cukup besar (sekitar 70%) bahan yang harus dikeluarkan melalui penyimpanan eksklusif protokollagen (prekursor biologis kolagen) dalam vesikel tertentu ( Albergati, 2004).

Sebagian besar jaringan vertebrata membutuhkan kehadiran simultan dari dua karakteristik vital: kekuatan dan elastisitas. Jaringan nyata serat elastis, terletak di dalam ECM jaringan ini, memungkinkan untuk kembali ke kondisi awal setelah traksi yang kuat.Serat elastis mampu meningkatkan ekstensibilitas organ atau sebagian setidaknya lima kali. Serat kolagen inelastis yang panjang diselingi antara serat elastis dengan tugas yang tepat untuk membatasi "deformasi berlebihan oleh traksi jaringan." Elastin mewakili komponen utama serat elastis dan ditemukan dalam jumlah yang sangat melimpah di pembuluh darah dengan karakteristik elastis ( merupakan lebih dari 50% dari total berat kering aorta), di ligamen, di paru-paru dan di kulit.Sel otot polos dan fibroblas adalah produsen utama prekursornya, tropoelastin.

ECM mengandung sejumlah besar (dan masih belum terdefinisi dengan baik) protein non-kolagen khusus yang biasanya memiliki situs pengikatan spesifik untuk molekul ECM lain dan reseptor permukaan sel. Dengan cara ini, setiap komponen protein ini bertindak sebagai "penguat" kontak, baik antara molekul yang sama maupun berbeda, menciptakan jaringan biokimia tak terbatas yang mampu menghasilkan, memodulasi, memvariasikan, dan menyebarkan bahkan pada jarak jutaan dan jutaan informasi biokimia. (dan energi).
"Protein khusus penting dari matriks ekstraseluler adalah" fibronektin, glikoprotein dengan berat molekul tinggi ditemukan di semua vertebrata. Fibronektin tampaknya dapat mempengaruhi pertumbuhan sel, adhesi antar sel dan dengan ECM, migrasi sel dengan cara yang berbeda (sel dapat bergerak hingga 5 cm per hari - Albergati, 2004) dll. Isoform yang paling dikenal, tipe III, berikatan dengan integrin . Yang terakhir adalah keluarga protein transmembran yang bertindak sebagai mekanoreseptor: mereka mentransduksi, secara selektif dan dengan cara yang dapat dimodulasi, traksi mekanis dan dorongan dari ECM di dalam sel dan sebaliknya, menginduksi serangkaian reaksi dalam sitoplasma yang melibatkan sitoskeleton dan protein lain yang mereka mengatur adhesi sel, pertumbuhan dan migrasi (Hynes, 2002).

Glucosaminoglycans (GAGS) dan proteoglikan (PGs) membentuk zat seperti gel yang sangat terhidrasi yang didefinisikan dalam jaringan ikat, di mana protein fibrilar ditempatkan dan diimbrikasi. Bentuk gel polisakarida ini di satu sisi memungkinkan ECM untuk menahan gaya tekan yang cukup besar dan di sisi lain memungkinkan difusi nutrisi, metabolit, dan hormon yang cepat, konstan dan selektif antara darah dan jaringan.
Rantai polisakarida glukosaminoglikan secara volumetrik terlalu kaku untuk dilipat di dalam struktur globular kompak yang khas dari rantai polipeptida, selain itu mereka sangat hidrofilik.Untuk alasan ini (dan mungkin juga untuk alasan lain yang tidak kita ketahui), GAG cenderung mengasumsikan konformasi yang sangat panjang. menempati volume besar dalam kaitannya dengan massa mereka dan dengan demikian membentuk sejumlah besar gel bahkan pada konsentrasi rendah Jumlah muatan negatif yang tinggi (GAG mewakili sel anionik paling banyak, biasanya sulfat, diproduksi oleh sel hewan) menarik banyak kation; di antaranya peran utama dimainkan oleh Na + yang memberikan seluruh kapasitas osmotik dan menjebak sejumlah besar air dalam ECM. Dengan cara ini, pembengkakan (turgor) dihasilkan yang memungkinkan ECM untuk melawan bahkan kekuatan tekan yang penting (berkat ini, misalnya, tulang rawan pinggul, dalam kondisi fisiologis, dapat menahan tekanan beberapa ratus atmosfer dengan sempurna ).
Di dalam jaringan ikat, GAGs mewakili kurang dari 10-12% dari berat global, namun, berkat karakteristiknya, mereka mengisi banyak ruang ekstraseluler membentuk pori-pori gel terhidrasi dengan berbagai ukuran dan kepadatan muatan listrik sehingga bertindak sebagai selektif. titik kunci atau "server" di mana lalu lintas molekul dan sel di dalam MEC diatur, berdasarkan ukuran, berat, dan muatan listriknya.
Asam hialuronat (hyaluronan, hialuronat) mungkin mewakili GAG yang paling sederhana. Data eksperimental dan biologi molekuler mengonfirmasi bahwa asam hialuronat memainkan peran mendasar pada tingkat tulang dan sendi terkait ketahanan terhadap tekanan yang cukup besar. Pengisian ruang di ECM selama perkembangan embrionik : ia menciptakan ruang kosong di antara sel-sel tempat mereka akan bermigrasi di tahap selanjutnya (Albergati, 2004).
Tidak semua PG disekresikan oleh ECM, beberapa merupakan komponen integral dari membran plasma (Alberts, 2002).

Matriks Ekstra Seluler karenanya dapat dianggap sebagai jaringan yang sangat kompleks di mana protein, PGS dan GAG menyediakan fungsi yang tak terhitung banyaknya termasuk fungsi dukungan struktural dan regulasi setiap jaringan dan aktivitas organik. Homeostasis seluler global harus dianggap sebagai mekanisme kompleks yang dapat berasal dan berkembang di dalam sel atau di luar ECM; dalam kasus terakhir, sel dapat mewakili target perantara atau akhir. Komponen ekstraseluler, selain mewakili struktur pendukung fisik untuk perancah seluler, juga bertindak sebagai situs nyata untuk inisiasi, pengembangan, dan penghentian proses vital yang berkaitan dengan lingkungan endoseluler dan organ serta sistem. Kita dihadapkan pada jaringan biokimia tak terbatas yang mampu menghasilkan, memodulasi, memvariasikan, dan menyebarkan, bahkan di kejauhan, jutaan dan jutaan informasi.
Setiap sel tubuh secara konstan berinteraksi dengan ECM, baik di bawah aspek mekanik dan kimia dan energik, dengan efek "dramatis" pada arsitektur statis dan dinamis jaringan. Menurut P. A. Bacci, matriks interstisial benar-benar mewakili ibu dari reaksi vital, tempat pertama-tama terjadi pertukaran antara materi dan energi. Semua jaringan terhubung dan terintegrasi secara fungsional satu sama lain tidak dalam sistem tertutup tetapi terbuka; pertukaran terus menerus terjadi di antara mereka, yang dapat terjadi baik secara lokal maupun sistemik, memanfaatkan pesan biokimia, biofisika dan elektromagnetik, yaitu dengan menggunakan berbagai bentuk energi.
Seperti yang ditegaskan F. G. Albergati, sel dan matriks ekstraseluler mewakili dua dunia yang tampaknya terpisah, yang selama hidup harus berinteraksi setiap saat agar dapat beroperasi dengan cara yang benar dan sinergis. Ini membutuhkan rangkaian sinyal yang luar biasa diikuti oleh rangkaian aktivitas biologi molekuler yang sama luar biasa.