A cura del Dott. Una descrizione, se pur di quel poco che a oggi conosciamo, della MEC (Matrice extracellulare) risulta indispensabile per meglio comprendere l'importanza delle alterazioni del rachide e della postura nella salute.
Non si può pensare di comprendere, almeno in parte, la problematica scoliotica (e posturale) senza una sufficiente conoscenza della biomeccanica umana e, a sua volta, non si può comprendere la biomeccanica senza passare dalla biochimica, dalla fisica e dalla matematica.
Introduzione alla Matrice Extracellulare
La matrice extracellulare (ECM) è la sostanza in cui si trovano immerse le cellule dei tessuti. La matrice extracellulare può essere definita come il componente non cellulare dei tessuti.
Viene prodotta da cellule specializzate (i fibroblasti) e ha la funzione primaria di fornire supporto strutturale e protezione.
Ogni cellula, come ogni organismo vivente pluricellulare, necessita di "sentire" e interagire col proprio ambiente per poter esplicare le funzioni vitali e sopravvivere. In un organismo pluricellulare le cellule devono coordinare i diversi comportamenti come in una comunità di esseri umani.
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La matrice extracellulare non rappresenta una semplice impalcatura inerte ma regola la proliferazione, il differenziamento e la sopravvivenza cellulare.
Come afferma F. G. Albergati (2004), la cellula e la matrice extracellulare rappresentano due mondi solo apparentemente separati che necessariamente per tutta la durata della vita ad ogni istante devono interagire per poter operare in modo corretto e sinergico. Ciò richiede una straordinaria serie di segnali a cui segue un altrettanto incredibile serie di attività biologico-molecolari.
Comunicazione Cellulare e MEC
Negli organismi pluricellulari infatti le cellule adoperano centinaia di molecole extracellulari (proteine, peptidi, amminoacidi, nucleotidi, steroidi, derivati dagli acidi grassi, gas in soluzione ecc.) per inviarsi continuamente messaggi, sia ravvicinati che a distanza.
In ogni organismo pluricellulare ogni cellula si trova così esposta a centinaia di diverse molecole-segnale presenti al suo interno e al suo esterno, legate alla sua superficie e libere o legate nella MEC.
Le cellule entrano in contatto col complicatissimo ambiente esterno attraverso la loro superficie, la membrana plasmatica, tramite numerose aree specializzate (da poche decine a oltre 100.000 per ogni cellula).
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Gli svariati recettori di membrana sono sensibili a molti segnali provenienti sia dall'interno che dalla MEC e sono in grado, riconoscendo e legando una molecola segnale (es. neurotrasmettitore), di innescare specifiche reazioni all'interno della cellula: secrezione, divisione cellulare, reazioni immunitarie ecc. (Gennis, 1989).
Componenti Principali della Matrice Extracellulare
Le componenti predominanti della matrice extracellulare sono grandi proteine strutturali insolubili, come il collagene e l’elastina.
Ricapitolando, la Matrice Extracellulare è principalmente composta da acqua, proteine e altre sostanze e la si ritrova in quasi tutti i tessuti corporei. L’importanza della matrice sta proprio nel suo essere ubiquitaria componendo, o essendo a contatto, con ogni tessuto dell’organismo.
È una struttura molto complessa costituita da più componenti:
- Proteine strutturali: come l’elastina, la laminina e soprattutto il collagene con cui viene definito un insieme di proteine che formano fibre extracellulari praticamente in ogni tessuto, differenziandosi in base alle necessità funzionali.
- Proteoglicani: le proteine strutturali della matrice sono immerse in un gel formato da proteoglicani e GAG.
- Glicosaminoglicani (GAG): di cui l’acido ialuronico è il più diffuso.
- Proteine specializzate: tra cui la fibronectina, la condronectina e l’osteonectina (con funzione di sostegno e di aggregazione) e l’elastina, che conferisce elasticità in tessuti come le arterie o i legamenti che subiscono continuamente distensioni e contrazioni.
Collagene
Fra le proteine strutturali, i collageni formano la famiglia di glicoproteine più rappresentata nel regno animale. Sono le proteine più presenti nella MEC (ma non le più importanti) e sono i costituenti fondamentali dei tessuti connettivi propriamente detti (cartilagine, osso, fasce, tendini, legamenti).
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Collagene: fornisce forza strutturale e resistanza alla trazione, contribuendo alle proprietà meccaniche, all’organizzazione e alla forma dei tessuti. Il componente principale della matrice extracellulare è il collagene. Nel corpo umano, esistono diversi tipi di collagene. Il collagene di tipo I è la forma dominante e si trova ampiamente in quasi tutti i tessuti, in particolare nei tendini e nella pelle.
I collageni vengono perlopiù sintetizzati dai fibroblasti ma anche le cellule epiteliali sono in grado di sintetizzarli.
Le fibre collagene interagiscono continuamente con un'enorme quantità di altre molecole della MEC costituendo un continuum biologico fondamentale per la vita della cellula.
I collageni associati in fibrille occupano un ruolo predominante nella formazione e mantenimento di strutture in grado di resistere a forze di tensione essendo quasi anelastiche.
Il collagene viene prodotto e rimetabolizzato in funzione del carico meccanico e le sue proprietà visco-elastiche comportano un grosso impatto sulla postura dell'uomo.
Le fibre collagene grazie al loro rivestimento di PG/GAG (proteoglicani/glucosaminoglicani) possiedono proprietà di biosensori e bioconduttori. Sappiamo infatti che qualunque forza meccanica in grado di generare una deformazione strutturale sollecita i legami inter-molecolari producendo un leggero flusso elettrico ossia la corrente piezoelettrica (Athenstaedt, 1969).
Pertanto la tridimensionale e ubiquitaria rete di collagene possiede anche la peculiare caratteristica di condurre segnali bioelettrici nelle tre dimensioni dello spazio, in base alla disposizione relativa tra fibrille collagene e cellule, in direzione afferente (dalla MEC alle cellule) o viceversa efferente.
Tutto ciò rappresenta un sistema di comunicazione in tempo reale MEC-cellula e tali bio-segnali elettromagnetici possono comportare importanti modifiche biochimiche, ad esempio, nell'osso gli osteoclasti non possono "digerire" osso piezoelettricamente carico (Oschman, 2000).
Va infine sottolineato che la cellula, non a caso, produce continuativamente e con notevole dispendio di energia (ca. il 70%) materiale che deve necessariamente estromettere tramite perlopiù lo stoccaggio esclusivo di protocollagene (precursore biologico del collagene) in specifiche vescicole (Albergati, 2004).
Elastina
Le fibre elastiche sono in grado di incrementare l'estensibilità di un organo o di una sua porzione di almeno cinque volte.
Un vero e proprio network di fibre elastiche, localizzate all'interno della MEC di questi tessuti, consente di ritornare alle condizioni iniziali dopo forti trazioni.
Fibrille collagene lunghe, anelastiche, si intervallano fra le fibre elastiche col preciso compito di limitare un'eccessiva deformazione per trazione dei tessuti.
L'elastina rappresenta la maggior componente delle fibre elastiche e si trova in quantità particolarmente abbondanti nei vasi sanguinei a caratteristiche elastiche (costituisce più del 50% del peso secco totale dell'aorta), nei legamenti, nel polmone e nella cute.
Cellule muscolari lisce e fibroblasti sono i maggiori produttori del suo precursore, la tropoelastina.
Fibronectina
La MEC contiene un elevato (e ancora non ben definito) numero di proteine specializzate non collagene che tipicamente presentano specifici siti di legame per altre molecole della MEC e per i recettori presenti sulla superficie cellulare.
Un'importante proteina specializzata della matrice extracellulare è la fibronectina, glicoproteina ad alto peso molecolare rinvenibile in tutti i vertebrati.
La fibronectina appare in grado di influenzare in diversi modi la crescita cellulare, l'adesione intercellulare e con la MEC, la migrazione cellulare (la cellula può spostarsi fino a 5 cm al giorno - Albergati, 2004) ecc.
In questo modo ogni singolo componente di tali proteine funge da "amplificatore" di contatti, sia tra molecole analoghe che diverse, realizzando un infinito network biochimico in grado di generare, modulare, variare e propagare anche a distanza milioni e milioni di informazioni biochimiche (ed energetiche).
L'isoforma più conosciuta, tipo III, si lega alle integrine. Quest'ultime sono una famiglia di proteine transmembrana che fungono da meccanorecettori: trasducono, selettivamente e in maniera modulabile, trazioni e spinte meccaniche dalla MEC all'interno della cellula e viceversa inducendo una serie di reazioni nel citoplasma che coinvolgono il citoscheletro e altre proteine che regolano l'adesione, la crescita e la migrazione cellulare (Hynes, 2002).
Glucosaminoglicani (GAGS) e Proteoglicani (PGs)
Glucosaminoglicani (GAGS) e proteoglicani (PGs) formano all'interno dei tessuti connettivi una sostanza definita "fondamentale" simil-gel altamente idratata, all'interno della quale le proteine fibrillari risultano ospitate e imbricate.
Tale forma di gel polisaccaridico è in grado da un lato di permettere alle MEC di resistere a notevoli forze compressive e dall'altro di consentire una rapida, costante e selettiva diffusione delle sostanze nutritizie, dei metaboliti e degli ormoni tra sangue e tessuti.
Le catene polisaccaridiche dei glucosaminoglicani sono volumetricamente troppo rigide per ripiegarsi all'interno delle compatte strutture globulari tipiche delle catene polipeptidiche, in più esse sono altamente idrofile. Per queste ragioni (e probabilmente anche per altre a noi ignote) i GAGs tendono ad assumere conformazioni estremamente estese occupando un grande volume in rapporto alla loro massa e formando così quantità notevoli di gel anche a basse concentrazioni.
L'elevata quantità di cariche negative (i GAGs rappresentano le più numerose cellule anioniche, essendo di norma solfate, prodotte dalle cellule animali) attrae numerosi cationi; tra questi un ruolo predominante lo svolge il Na+ che conferisce all'insieme capacità osmotiche e intrappola un'enorme quantità di acqua nella MEC. In tal modo si generano rigonfiamenti (turgori) che consentono alla MEC di opporsi a forze compressive anche importanti (grazie a ciò, ad es., la cartilagine dell'anca può, in condizioni fisiologiche, resistere perfettamente a una pressione di diverse centinaia di atmosfere).
All'interno del tessuto connettivo, i GAGs rappresentano meno del 10-12% del peso globale, essi però, grazie alle loro caratteristiche, riempiono molti degli spazi extracellulari formando dei pori di gel idratato di varie dimensioni e densità di cariche elettriche fungendo così da punti chiave selettivi o "server" attraverso i quali viene regolato il traffico di molecole e cellule all'interno della MEC, in base alle loro dimensioni, peso e carica elettrica.
Acido Ialuronico
L'acido ialuronico (ialuronano, ialuronato) rappresenta forse il più semplice dei GAGs. Dati sperimentali e biologico-molecolari confermano che esso gioca un ruolo fondamentale a livello delle ossa e delle articolazioni riguardo la resistenza a notevoli pressioni.
Inoltre ricopre un importantissimo compito di riempimento di spazi nella MEC durante lo sviluppo embrionale: crea spazi vuoti fra le cellule in cui le stesse, in fasi successive, migreranno (Albergati, 2004).
Non tutti i PGs sono secreti dalla MEC, alcuni sono componenti integrali delle membrane plasmatiche (Alberts, 2002).
Ruolo della Matrice Extracellulare
La Matrice Extra-Cellulare può quindi essere considerata come un complessissimo network in cui proteine, PGs e GAGs forniscono innumerevoli funzioni fra cui quelle di supporto strutturale e regolazione di ogni attività tissutale e organica. Occorre considerare l'omeostasi globale cellulare come un complesso di meccanismi che possono trovare origine e sviluppo all'interno della cellula o all'esterno nella MEC; in quest'ultimo caso, la cellula può rappresentare il bersaglio intermedio o finale.
Le componenti extracellulari, oltre a rappresentare strutture di sostegno fisico all'impalcatura cellulare, fungono anche da vere e proprie sedi di inizio, svolgimento e termine di processi vitali riguardanti sia l'ambiente endocellulare sia organi e apparati. Siamo di fronte a un infinito network biochimico in grado di generare, modulare, variare e propagare, anche a distanza, milioni e milioni di informazioni.
Ogni cellula del corpo interagisce costantemente con la MEC, sia sotto l'aspetto meccanico che chimico ed energetico, con effetti "drammatici" sull'architettura statica e dinamica dei tessuti.
Secondo P. A. Bacci (2004) la matrice interstiziale rappresenta veramente la madre delle reazioni vitali, il luogo dove, prima di tutto, avvengono gli scambi tra materia ed energia.
Tutti i tessuti sono collegati e funzionalmente integrati fra loro non in sistemi chiusi ma aperti; fra essi avvengono continui scambi, che possono attuarsi sia a livello locale che sistemico, sfruttando messaggi biochimici, biofisici ed elettromagnetici, ossia utilizzando le varie forme di energia.
Tabella Riassuntiva dei Componenti Principali della MEC
| Componente | Funzione Principale | Esempi |
|---|---|---|
| Collagene | Supporto strutturale, resistenza alla trazione | Tessuti connettivi, tendini, pelle |
| Elastina | Elasticità dei tessuti | Vasi sanguigni, legamenti, polmoni |
| Fibronectina | Adesione cellulare, migrazione | Tutti i vertebrati |
| GAGs | Resistenza alla compressione, diffusione di nutrienti | Tessuti connettivi |
| Acido Ialuronico | Resistenza alla pressione, riempimento di spazi | Ossa, articolazioni |
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