La scoliose comme attitude naturelle - Scoliose idiopathique : concepts anciens et nouveaux, cas clinique

Edité par le Dr Giovanni Chetta

De la biochimie à la biomécanique

On ne peut pas penser à comprendre, au moins en partie, le problème scoliotique (et postural) sans une connaissance suffisante de la biomécanique humaine et, à son tour, on ne peut pas comprendre la biomécanique sans passer par la biochimie, la physique et les mathématiques.

Matrice extra-cellulaire (MEC)

Une description, quoique peu connue aujourd'hui, de la MEC (matrice extracellulaire) est essentielle pour mieux comprendre l'importance des altérations de la colonne vertébrale et de la posture pour la santé.
Chaque cellule, comme tout organisme vivant multicellulaire, a besoin de "sentir" et d'interagir avec son environnement pour remplir ses fonctions vitales et survivre. Dans un organisme multicellulaire, les cellules doivent coordonner les différents comportements comme dans une communauté d'êtres humains.

En effet, dans les organismes multicellulaires, les cellules utilisent des centaines de molécules extracellulaires (protéines, peptides, acides aminés, nucléotides, stéroïdes, dérivés d'acides gras, gaz en solution, etc.) pour envoyer en continu des messages, à la fois proches et distants. Dans chaque organisme multicellulaire, chaque cellule est ainsi exposée à des centaines de molécules signal différentes présentes à l'intérieur et à l'extérieur, liées à sa surface et libres ou liées dans l'ECM. Les cellules entrent en contact avec l'environnement extérieur très compliqué par leur surface, la membrane plasmique, à travers de nombreuses zones spécialisées (de quelques dizaines à plus de 100 000 pour chaque cellule). Les différents récepteurs membranaires sont sensibles à de nombreux signaux provenant à la fois de l'intérieur et de l'ECM et sont capables, en reconnaissant et en liant une molécule signal (par exemple un neurotransmetteur), de déclencher des réactions spécifiques à l'intérieur de la cellule : sécrétion, division cellulaire, réactions immunitaires, etc. (Gennis, 1989).

La MEC est généralement décrite comme étant composée de plusieurs grandes classes de biomolécules :

Protéines structurales (collagène et élastine)
Protéines spécialisées (fibrilline, fibronectine, laminine etc.)
Protéoglycanes (aggrécanes, syndécanes) et glusaminoglycanes (hyaluronanes, chondroïtine sulfates, héparane sulfates, etc.)

Parmi les protéines structurelles, je collagène forment la famille de glycoprotéines la plus représentée dans le règne animal. Ce sont les protéines les plus présentes dans la MEC (mais pas les plus importantes) et sont les constituants fondamentaux des tissus conjonctifs proprement dits (cartilage, os, fascia, tendons, ligaments).
Les collagènes sont principalement synthétisés par les fibroblastes mais les cellules épithéliales sont également capables de les synthétiser.
Les fibres de collagène interagissent en permanence avec une énorme quantité d'autres molécules de la MEC constituant un continuum biologique fondamental pour la vie de la cellule.Les collagènes associés dans les fibrilles occupent un rôle prédominant dans la formation et le maintien de structures capables de résister aux forces de tension étant presque inélastique Le collagène est produit et re-métabolisé en fonction de la charge mécanique et ses propriétés viscoélastiques ont un grand impact sur la posture de l'homme.
Les fibres de collagène grâce à leur enrobage PG/GAG (protéoglycanes/glucosaminoglycanes) possèdent des propriétés biocapteurs et bioconductrices. On sait en effet que toute force mécanique capable de générer une déformation structurelle sollicite les liaisons intermoléculaires produisant un faible flux électrique, c'est-à-dire le courant piézoélectrique (Athenstaedt, 1969). Par conséquent, le réseau de collagène tridimensionnel et omniprésent possède également la caractéristique particulière de conduire des signaux bioélectriques dans les trois dimensions de l'espace, sur la base de l'arrangement relatif entre les fibrilles de collagène et les cellules, dans la direction afférente (de l'ECM aux cellules) ou vice versa efférent.
Tout cela représente un système de communication en temps réel avec les cellules MEC et de tels bio-signaux électromagnétiques peuvent entraîner des changements biochimiques importants, par exemple, dans "les ostéoclastes osseux ne peuvent pas" digérer "les os piézoélectriquement chargés (Oschman, 2000).
Enfin, il faut souligner que la cellule, sans surprise, produit en continu et avec une dépense énergétique considérable (environ 70%) de la matière qui doit nécessairement être expulsée par le stockage exclusif de protocollagène (précurseur biologique du collagène) dans des vésicules spécifiques ( Albergati, 2004).

La grande majorité des tissus des vertébrés nécessitent la présence simultanée de deux caractéristiques vitales : la force et l'élasticité. Un vrai réseau de fibres élastiques, situé à l'intérieur de l'ECM de ces tissus, permet de revenir aux conditions initiales après de fortes tractions.Les fibres élastiques sont capables d'augmenter l'extensibilité d'un organe ou d'une partie de celui-ci au moins cinq fois. De longues fibres de collagène inélastiques sont intercalées entre les fibres élastiques avec pour tâche précise de limiter une "déformation excessive par traction des tissus". constitue plus de 50 % du poids sec total de l'aorte), dans les ligaments, dans le poumon et dans la peau.Les cellules musculaires lisses et les fibroblastes sont les principaux producteurs de son précurseur, la tropoélastine.

L'ECM contient un grand nombre (et toujours pas bien défini) de protéines spécialisées non collagènes qui ont généralement des sites de liaison spécifiques pour d'autres molécules d'ECM et des récepteurs de surface cellulaire. De cette façon, chaque composant de ces protéines agit comme un "amplificateur" de contacts, à la fois entre des molécules similaires et différentes, créant un réseau biochimique infini capable de générer, moduler, faire varier et propager même à distance des millions et des millions d'informations biochimiques. (et de l'énergie).
Une importante "protéine spécialisée de la matrice extracellulaire est la fibronectine, glycoprotéine de haut poids moléculaire trouvée chez tous les vertébrés. La fibronectine semble être capable d'influencer la croissance cellulaire, l'adhésion intercellulaire et avec la MEC, la migration cellulaire de différentes manières (la cellule peut se déplacer jusqu'à 5 cm par jour - Albergati, 2004) etc. L'isoforme la plus connue, le type III, se lie aux intégrines . Ces dernières sont une famille de protéines transmembranaires qui agissent comme des mécanorécepteurs : elles transduisent, de manière sélective et modulable, les tractions et poussées mécaniques de l'ECM à l'intérieur de la cellule et vice versa, induisant une série de réactions dans le cytoplasme qui impliquent le cytosquelette et d'autres protéines qu'ils régulent l'adhésion cellulaire, la croissance et la migration (Hynes, 2002).

Les glucosaminoglycanes (GAGS) et les protéoglycanes (PG) forment une substance gélatineuse hautement hydratée définie dans les tissus conjonctifs, dans laquelle les protéines fibrillaires sont logées et imbriquées. Cette forme de gel polysaccharidique est capable d'une part de permettre à la MEC de résister à des forces de compression considérables et d'autre part de permettre une diffusion rapide, constante et sélective des nutriments, métabolites et hormones entre le sang et les tissus.
Les chaînes polysaccharidiques des glucosaminoglycanes sont volumétriquement trop rigides pour se replier à l'intérieur des structures globulaires compactes typiques des chaînes polypeptidiques, en plus elles sont très hydrophiles.Pour ces raisons (et probablement aussi pour d'autres qui nous sont inconnues) les GAG ont tendance à prendre des conformations extrêmement étendues. occupant un volume important par rapport à leur masse et formant ainsi des quantités considérables de gel même à faible concentration.La quantité élevée de charges négatives (les GAG représentent les cellules anioniques les plus nombreuses, étant généralement sulfatées, produites par les cellules animales) attire de nombreux cations ; parmi ceux-ci un rôle prédominant est joué par Na + qui donne toute la capacité osmotique et piège une énorme quantité d'eau dans l'ECM. De cette façon, des gonflements (turgescences) sont générés qui permettent à l'ECM de s'opposer à des forces de compression même importantes (grâce à cela, par exemple, le cartilage de la hanche peut, dans des conditions physiologiques, parfaitement résister à une pression de plusieurs centaines d'atmosphères).
A l'intérieur du tissu conjonctif, les GAG représentent moins de 10-12% du poids global, cependant, grâce à leurs caractéristiques, ils remplissent de nombreux espaces extracellulaires formant des pores de gel hydraté de différentes tailles et densités de charges électriques agissant ainsi comme sélectifs. des points clés ou « serveurs » par lesquels le trafic des molécules et des cellules à l'intérieur de la MEC est régulé, en fonction de leur taille, de leur poids et de leur charge électrique.
L'acide hyaluronique (hyaluronane, hyaluronate) représente peut-être le plus simple des GAG.Les données expérimentales et de biologie moléculaire confirment qu'il joue un rôle fondamental au niveau des os et des articulations en ce qui concerne la résistance à des pressions considérables. : il crée des espaces vides entre les cellules dans lesquels ils migreront dans les étapes ultérieures (Albergati, 2004).
Tous les PG ne sont pas sécrétés par la MEC, certains font partie intégrante des membranes plasmiques (Alberts, 2002).

La Matrice Extra-Cellulaire peut donc être considérée comme un réseau très complexe dans lequel les protéines, les PGS et les GAG assurent d'innombrables fonctions dont celles de soutien structurel et de régulation de chaque tissu et activité organique. L'homéostasie cellulaire globale doit être considérée comme un ensemble de mécanismes qui peuvent naître et se développer à l'intérieur de la cellule ou à l'extérieur dans l'ECM ; dans ce dernier cas, la cellule peut représenter la cible intermédiaire ou finale. Les composants extracellulaires, en plus de représenter des structures physiques de support pour l'échafaudage cellulaire, agissent également comme de véritables sites pour l'initiation, le développement et la terminaison des processus vitaux concernant à la fois l'environnement endocellulaire et les organes et systèmes. Nous sommes face à un réseau biochimique infini capable de générer, moduler, varier et propager, même à distance, des millions et des millions d'informations.
Chaque cellule du corps interagit en permanence avec l'ECM, tant sous les aspects mécaniques que chimiques et énergétiques, avec des effets "dramatiques" sur l'architecture statique et dynamique des tissus. Selon P. A. Bacci, la matrice interstitielle représente bien la mère des réactions vitales, le lieu où s'effectuent en premier lieu les échanges entre matière et énergie. Tous les tissus sont connectés et fonctionnellement intégrés les uns aux autres non pas dans des systèmes fermés mais ouverts ; des échanges continus ont lieu entre eux, qui peuvent avoir lieu à la fois localement et de manière systémique, en exploitant des messages biochimiques, biophysiques et électromagnétiques, c'est-à-dire en utilisant les différentes formes d'énergie.
Comme l'affirme F. G. Albergati, la cellule et la matrice extracellulaire représentent deux mondes apparemment distincts qui, nécessairement pendant toute la durée de la vie, doivent interagir à chaque instant pour fonctionner de manière correcte et synergique. Cela nécessite une extraordinaire série de signaux suivie d'une série tout aussi incroyable d'activités de biologie moléculaire.