Skoliose als natürliche Haltung - Idiopathische Skoliose: alte und neue Konzepte, klinischer Fall

Herausgegeben von Dr. Giovanni Chetta

Von der Biochemie zur Biomechanik

Ohne ausreichende Kenntnisse der menschlichen Biomechanik kann man sich das Skoliose- (und Haltungs-)Problem zumindest teilweise nicht verstehen, und wiederum kann man die Biomechanik nicht verstehen, ohne Biochemie, Physik und Mathematik zu durchlaufen.

Extrazelluläre Matrix (MEC)

Eine Beschreibung der ECM (extrazelluläre Matrix), wenn auch nur des wenigen, was wir heute wissen, ist unerlässlich, um die Bedeutung von Veränderungen der Wirbelsäule und der Körperhaltung für die Gesundheit besser zu verstehen.
Jede Zelle, wie jeder vielzellige lebende Organismus, muss ihre Umgebung "fühlen" und mit ihr interagieren, um ihre lebenswichtigen Funktionen auszuführen und zu überleben. In einem vielzelligen Organismus müssen die Zellen die unterschiedlichen Verhaltensweisen wie in einer Gemeinschaft von Menschen koordinieren.

Tatsächlich verwenden Zellen in mehrzelligen Organismen Hunderte von extrazellulären Molekülen (Proteine, Peptide, Aminosäuren, Nukleotide, Steroide, Derivate von Fettsäuren, Gase in Lösung usw.), um kontinuierlich Nachrichten sowohl in der Nähe als auch in der Ferne zu senden. In jedem vielzelligen Organismus ist jede Zelle somit Hunderten von verschiedenen Signalmolekülen ausgesetzt, die innen und außen vorhanden, an ihre Oberfläche gebunden und frei oder in der ECM gebunden sind. Die Zellen kommen über ihre Oberfläche, die Plasmamembran, durch zahlreiche spezialisierte Bereiche (von einigen zehn bis über 100.000 für jede Zelle) mit der sehr komplizierten äußeren Umgebung in Kontakt. Die verschiedenen Membranrezeptoren reagieren empfindlich auf viele Signale, die sowohl aus dem Inneren als auch von der ECM kommen und sind in der Lage, ein Signalmolekül (z. (Gennis, 1989).

ECM wird allgemein als aus mehreren großen Klassen von Biomolekülen zusammengesetzt beschrieben:

Strukturproteine (Kollagen und Elastin)
Spezialisierte Proteine (Fibrillin, Fibronectin, Laminin etc.)
Proteoglykane (Aggrekane, Syndekane) und Glusaminoglykane (Hyaluronane, Chondroitinsulfate, Heparansulfate usw.)

Unter den Strukturproteinen, i Kollagen bilden die am stärksten vertretene Familie von Glykoproteinen im Tierreich. Sie sind die am häufigsten vorkommenden Proteine in der ECM (aber nicht die wichtigsten) und die grundlegenden Bestandteile des eigentlichen Bindegewebes (Knorpel, Knochen, Faszien, Sehnen, Bänder).
Kollagene werden hauptsächlich von Fibroblasten synthetisiert, aber auch Epithelzellen können sie synthetisieren.
Die Kollagenfasern interagieren ständig mit einer enormen Menge anderer Moleküle der ECM und stellen ein für das Leben der Zelle fundamentales biologisches Kontinuum dar. Die assoziierten Kollagene in den Fibrillen spielen eine vorherrschende Rolle bei der Bildung und Aufrechterhaltung von Strukturen, die Spannungskräften von fast widerstehen können unelastisch Kollagen wird in Abhängigkeit von der mechanischen Belastung gebildet und remetabolisiert und hat durch seine viskoelastischen Eigenschaften einen großen Einfluss auf die Körperhaltung des Menschen.
Kollagenfasern besitzen dank ihrer PG / GAG-Beschichtung (Proteoglykane / Glucosaminoglykane) biosensorische und bioleitende Eigenschaften. Wir wissen in der Tat, dass jede mechanische Kraft, die eine strukturelle Deformation erzeugen kann, die intermolekularen Bindungen belastet und einen leichten elektrischen Fluss erzeugt, den piezoelektrischen Strom (Athenstaedt, 1969). Daher besitzt das dreidimensionale und allgegenwärtige Kollagennetzwerk auch die besondere Eigenschaft, bioelektrische Signale in den drei Raumdimensionen zu leiten, basierend auf der relativen Anordnung zwischen Kollagenfibrillen und Zellen, in afferenter Richtung (von der ECM zu den Zellen) oder umgekehrt umgekehrt efferent.
All dies stellt ein MEC-Zell-Kommunikationssystem in Echtzeit dar, und solche elektromagnetischen Biosignale können zu wichtigen biochemischen Veränderungen führen, beispielsweise in "Knochenosteoklasten können" piezoelektrisch geladenen Knochen nicht verdauen (Oschman, 2000).
Abschließend ist hervorzuheben, dass die Zelle, nicht überraschend, kontinuierlich und mit erheblichem Energieaufwand (ca. 70 %) Material produziert, das durch die ausschließliche Speicherung von Protokolllagen (biologische Vorstufe von Kollagen) in bestimmten Vesikeln zwangsläufig ausgestoßen werden muss ( Albergati, 2004).

Die überwiegende Mehrheit der Wirbeltiergewebe erfordert das gleichzeitige Vorhandensein von zwei lebenswichtigen Eigenschaften: Festigkeit und Elastizität. Ein echtes Netzwerk von elastische Fasern, das sich innerhalb der ECM dieser Gewebe befindet, ermöglicht es, nach starken Zugkräften in den Ausgangszustand zurückzukehren.Die elastischen Fasern sind in der Lage, die Dehnbarkeit eines Organs oder eines Teils davon mindestens um das Fünffache zu erhöhen. Zwischen den elastischen Fasern sind lange, unelastische Kollagenfasern eingestreut mit der genauen Aufgabe, eine „übermäßige Verformung durch Zug der Gewebe“ zu begrenzen. macht mehr als 50 % des Gesamttrockengewichts der Aorta aus) in den Bändern, in der Lunge und in der Haut Glatte Muskelzellen und Fibroblasten sind die Hauptproduzenten seines Vorläufers Tropoelastin.

ECM enthält eine große (und immer noch nicht genau definierte) Anzahl spezialisierter Nicht-Kollagen-Proteine, die typischerweise spezifische Bindungsstellen für andere ECM-Moleküle und Zelloberflächenrezeptoren aufweisen. Auf diese Weise fungiert jeder einzelne Bestandteil dieser Proteine als "Verstärker" von Kontakten, sowohl zwischen ähnlichen als auch zwischen verschiedenen Molekülen, und schafft ein unendliches biochemisches Netzwerk, das in der Lage ist, Millionen und Abermillionen biochemischer Informationen zu erzeugen, zu modulieren, zu variieren und sich sogar über große Entfernungen auszubreiten (und Energie).
Ein wichtiges "spezialisiertes Protein der extrazellulären Matrix ist das Fibronektin, hochmolekulares Glykoprotein, das in allen Wirbeltieren gefunden wird. Fibronektin scheint in der Lage zu sein, das Zellwachstum, die interzelluläre Adhäsion und bei der ECM die Zellmigration auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen (die Zelle kann sich bis zu 5 cm pro Tag bewegen – Albergati, 2004) etc. Die bekannteste Isoform, Typ III, bindet an Integrine . Letztere sind eine Familie von Transmembranproteinen, die als Mechanorezeptoren fungieren: Sie übertragen selektiv und modulierbar mechanische Zug- und Schubkräfte der ECM in die Zelle und umgekehrt und induzieren eine Reihe von Reaktionen im Zytoplasma, an denen das Zytoskelett beteiligt ist und andere Proteine, dass sie Zelladhäsion, -wachstum und -migration regulieren (Hynes, 2002).

Glucosaminoglykane (GAGS) und Proteoglykane (PGs) bilden eine stark hydratisierte gelartige Substanz, die innerhalb des Bindegewebes definiert ist, in der die fibrillären Proteine untergebracht und eingebettet sind. Diese Form von Polysaccharid-Gel ist in der Lage, der ECM einerseits erheblichen Druckkräften standzuhalten und andererseits eine schnelle, konstante und selektive Diffusion von Nährstoffen, Metaboliten und Hormonen zwischen Blut und Gewebe zu ermöglichen.
Die Polysaccharidketten der Glucosaminoglykane sind volumetrisch zu starr, um sich in die für Polypeptidketten typischen kompakten globulären Strukturen zu falten, außerdem sind sie stark hydrophil, weshalb die GAGs aus diesen Gründen (und wahrscheinlich auch aus anderen uns unbekannten Gründen) zu extremen Konformationen neigen sie nehmen im Verhältnis zu ihrer Masse ein großes Volumen ein und bilden so schon bei geringen Konzentrationen beträchtliche Gelmengen Die hohe Menge an negativen Ladungen (die GAGs stellen die zahlreichsten anionischen Zellen dar, die in der Regel sulfatiert werden und von tierischen Zellen produziert werden) zieht zahlreiche Kationen an; unter diesen spielt Na + eine vorherrschende Rolle, das die gesamte osmotische Kapazität verleiht und eine enorme Wassermenge in der ECM einschließt. Auf diese Weise werden Schwellungen (Turgoren) erzeugt, die es der ECM ermöglichen, selbst wichtigen Druckkräften entgegenzuwirken (dadurch kann beispielsweise der Hüftknorpel unter physiologischen Bedingungen einem Druck von mehreren hundert Atmosphären perfekt standhalten).
Innerhalb des Bindegewebes machen die GAGs weniger als 10-12% des globalen Gewichts aus, aber dank ihrer Eigenschaften füllen sie viele der extrazellulären Räume aus und bilden Poren aus hydratisiertem Gel unterschiedlicher Größe und Dichte der elektrischen Ladungen und wirken so selektiv Schlüsselpunkte oder "Server", über die der Verkehr von Molekülen und Zellen innerhalb des MEC auf der Grundlage ihrer Größe, ihres Gewichts und ihrer elektrischen Ladung reguliert wird.
Hyaluronsäure (Hyaluronsäure, Hyaluronsäure) stellt vielleicht die einfachste der GAGs dar. Experimentelle und molekularbiologische Daten bestätigen, dass sie auf Knochen- und Gelenkebene eine grundlegende Rolle hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen erhebliche Belastungen spielt : es schafft Leerräume zwischen den Zellen, in die sie später einwandern (Albergati, 2004).
Nicht alle PGs werden von der ECM sezerniert, einige sind integrale Bestandteile von Plasmamembranen (Alberts, 2002).

Die extrazelluläre Matrix kann daher als ein sehr komplexes Netzwerk betrachtet werden, in dem Proteine, PGS und GAGs unzählige Funktionen erfüllen, einschließlich der strukturellen Unterstützung und Regulierung jedes Gewebes und jeder organischen Aktivität. Globale zelluläre Homöostase sollte als ein Komplex von Mechanismen betrachtet werden, die innerhalb der Zelle oder außerhalb der ECM entstehen und sich entwickeln können; im letzteren Fall kann die Zelle das Zwischen- oder Endziel darstellen. Die extrazellulären Komponenten stellen nicht nur physikalische Stützstrukturen für das zelluläre Gerüst dar, sondern fungieren auch als reale Orte für die Initiierung, Entwicklung und Beendigung lebenswichtiger Prozesse, die sowohl die endozelluläre Umgebung als auch Organe und Systeme betreffen. Wir sind mit einem unendlichen biochemischen Netzwerk konfrontiert, das in der Lage ist, Millionen und Abermillionen von Informationen zu erzeugen, zu modulieren, zu variieren und sogar über die Entfernung zu verbreiten.
Jede Körperzelle interagiert ständig mit der ECM, sowohl unter mechanischen als auch chemischen und energetischen Aspekten, mit "dramatischen" Auswirkungen auf die statische und dynamische Architektur des Gewebes. Nach P. A. Bacci stellt die interstitielle Matrix wirklich die Mutter der Lebensreaktionen dar, den Ort, an dem vor allem der Austausch zwischen Materie und Energie stattfindet. Alle Gewebe sind nicht in geschlossenen, sondern offenen Systemen miteinander verbunden und funktionell integriert; Zwischen ihnen findet ein ständiger Austausch statt, der sowohl lokal als auch systemisch stattfinden kann, unter Ausnutzung biochemischer, biophysikalischer und elektromagnetischer Botschaften, also unter Nutzung der verschiedenen Energieformen.
Wie F. G. Albergati bestätigt, stellen die Zelle und die extrazelluläre Matrix zwei scheinbar getrennte Welten dar, die notwendigerweise während der gesamten Lebensdauer in jedem Moment interagieren müssen, um korrekt und synergistisch zu funktionieren. Dies erfordert eine außergewöhnliche Reihe von Signalen, gefolgt von einer ebenso unglaublichen Reihe molekularbiologischer Aktivitäten.