Kinezioterapia - elastín‚ kolagén a ECM
Extracelulárna matrica ECM
elastín a kolagén v kinezioterapii
Kolagén sa podieľa na rôznych bunkových procesoch a môže ovplyvniť hojenie rán a opravu tkaniva v celom tele.
Medzibunková matrica je trojrozmerná pavučinová sieť, v ktorej sú ponorené všetky bunky tela. Záujem o extracelulárnu matricu sa zvýšil, pretože sa zistila jej vedúca úloha pri diferenciácii buniek, liečbe rakoviny, niektorých dedičných chorôb a tiež pri starnutí. Ale pozornosť si zaslúži aj z ďalších dôvodov. Patologické zmeny tuhosti tkaniva možno vysledovať k zmeneným množstvám alebo funkciám jeho dvoch základných zložiek: buniek (počet alebo fenotyp) a ECM (depozícia alebo degradácia). Neustála progresia pohybu a záťaže pri dynamických aktivitách pomáha pri zarovnaní, organizácii a zosieťovaní kolagénových vlákien. Poznanie abnormálnych stavov tkaniva a mechanických zmien, ktoré sa vyskytujú pri chorobe, je dôležité nielen pre diagnostické účely, ale aj algoritmy v liečebnej rehabilitácii.
Extracelulárna matrica je komplexná a dynamická trojrozmerná sieť bielkovín a sacharidov, ktorá obklopuje a podporuje bunky v tkanivách a orgánoch v tele. Zatiaľ čo elastín je dôležitou zložkou extracelulárnej matrice, nie je jedinou zložkou a extracelulárna matrica nie je tvorená výlučne elastínom.
Extracelulárna (mimobunková) matrica (materiál mimo buniek) je zložitá štruktúra nachádzajúca sa mimo buniek a tvorená rôznymi druhmi molekúl, ktoré podporujú štruktúru a funkciu tkanív v mnohých organizmoch. Táto matrica nielen mechanicky podopiera bunky, ale hrá kľúčovú úlohu pri rôznych fyziologických procesoch v správnej funkcii tkanív a orgánov, ovplyvňuje ich migráciu, diferenciáciu, procesy rastu a regenerácie tkanív.
Extracelulárna matrica je kľúčovým hráčom pri rôznych fyziologických procesoch, ako je hojenie rán, vývoj tkanív počas embryogenézy, regenerácia poškodených tkanív a udržiavanie štruktúry a funkcie orgánov. Dysfunkcia extracelulárnej matrice môže viesť k rôznym ochoreniam, vrátane tkanivovej fibrotizácie, rakoviny a degeneratívnych ochorení.
Elastín je proteín, ktorý poskytuje elasticitu a odolnosť rôznym tkanivám, najmä tým, ktoré vyžadujú vlastnosti napínania a spätného rázu, napr. koža, krvné cievy a pľúca. Umožňuje týmto tkanivám vrátiť sa do pôvodného tvaru po natiahnutí alebo stlačení. Elastín je kľúčovou zložkou tkanív, ako sú tepny, čo im dáva schopnosť expandovať a kontrahovať s pulzom prietok krvi. Zmenený obsah elastínu sa podieľa na degenerácii disku.
Kolagén je proteínový stavebný kameň spojivového tkaniva a poskytuje silu potrebnú na to, aby odolal vysokej úrovni napätia a sily počas pohybu a cvičenia. Je zodpovedný za pevnosť v ťahu a hrá rozhodujúcu štrukturálnu úlohu.
Zloženie a organizácia xtracelulárnej matrice sa líši v závislosti od typu tkaniva a jeho funkcie. Hrá kľúčovú úlohu v bunkovej komunikácii, vývoji tkaniva, hojení rán a udržiavaní integrity tkaniva. Napr. kĺbová chrupka reaguje na opakované cykly stláčania a distrakcie hojením poškodeného tkaniva.
Hlavné zložky extracelulárnej matrice
- Kolagén je fibrilárny proteín, ktorý poskytuje tkanivám štrukturálnu podporu, pevnosť a stabilitu. Existuje niekoľko rôznych typov kolagénu, z ktorých každý môže byť prítomný v rôznych tkanivách.
- Elastín je proteín, ktorý umožňuje tkanivám, ako sú napríklad koža a cievy, vrátiť sa do svojej pôvodnej podoby po roztiahnutí alebo stlačení.
- Fibronektín hrá úlohu pri adhézii-priľnavosti a migrácii buniek.
- Proteoglykány sú makromolekuly zložené z proteínov a cukrov. Proteoglykány sú schopné zadržiavať vodu a vytvárať gélovitú štruktúru, čo napomáha tlmiť nárazy a podporovať hydratáciu tkanív.
- Glykoproteíny sú molekuly, ktoré slúžia na adhéziu (priľnavosť) buniek k extracelulárnej matrici a na vytváranie komunikačných ciest medzi bunkami a ich okolím.
Hlavné funkcie extracelulárnej matrice
- Mechanická podpora: ECM poskytuje mechanickú oporu pre bunky a tkanivá, čo je dôležité pre udržanie tvaru a integrity tkanív.
- Signalizácia: Rôzne zložky ECM obsahujú signálne domény, ktoré môžu ovplyvňovať bunkové správanie. Tieto signály môžu ovplyvniť migráciu, proliferáciu a diferenciáciu buniek.
- Regulácia bunkovej migrácie: ECM môže obsahovať cesty a štruktúry, ktoré bunkám umožňujú pohybovať sa medzi rôznymi oblasťami tkanív.
- Udržiavanie homeostázy: ECM môže regulovať tok látok (napr. živín, hormónov) medzi krvou a bunkami. Homeostáza tkaniva zahŕňa nahradenie starších buniek „mladšími“ kmeňovými bunkami a je regulovaná fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami mikroprostredia matrice.
- Podpora regenerácie a hojenia: ECM zohráva kľúčovú úlohu pri procesoch hojenia rán a regenerácie tkanív, pretože môže poskytovať štruktúru a signály pre bunkovú migráciu a následnú obnovu tkanív.
Viskoelasticita
Viskoelasticita biologických tkanív (napr. kolagénových vlákien viskoelastického prstenca medzistavcovej platničky) sa prejavuje kombináciou pružných a viskóznych vlastností - koža, chrupka, šľachy a väzy, cievy, svalové tkanivo (deformácia po zaťažení, časová závislosť, relaxácia, krepanie (vŕzganie), hysteréza (dopružovanie), teplotná citlivosť, rýchlosť zaťaženia). Tuhosť biologických tkanív je všeobecná konštrukčná vlastnosť, ktorá závisí nielen od samotného tkaniva, ale aj od jeho množstva a rozloženia (tvaru) či teploty (viskoelastická odozva).
Kosť
Kosť podlieha nepretržitej resorpcii a tvorbe a tieto protichodné procesy sú jemne vyvážené, aby kontrolovali normálnu hustotu kostí. Schopnosť kosti meniť svoju štruktúru a prispôsobovať sa mechanickému zaťaženiu znamená, že mechanické sily môžu regulovať správanie osteoblastov a osteoklastov, buniek zodpovedných za tvorbu a rozklad kosti. Zvýšené zaťaženie zvyšuje tvorbu a znižuje resorpciu, zatiaľ čo imobilizácia má opačný účinok.
Tuhosť materiálu je definovaná ako rozsah, v ktorom materiál odoláva deformácii v reakcii na aplikovanú silu. Tuhosť sa používa na označenie, či je materiál poddajný (mäkký) alebo tuhý (tvrdý). V biológii sa tuhosť používa na kolektívne vyjadrenie mechanických vlastností biologického substrátu.
Správanie bunky je čiastočne diktované mechanickými silami pôsobiacimi na bunku a bunky reagujú na tieto sily prostredníctvom interakcie s ECM. V biologických tkanivách je normálna fyziológia čiastočne udržiavaná prostredníctvom neustálej remodelácie tkaniva v procese homeostázy.
Mineralizovaná zložka kosti je vysoko odolná voči tlakovému namáhaniu, ale nie až tak silne v ťahu; následne ohýbanie môže mať za následok zlomeninu. Preto je dôležité zvážiť rôzne typy zaťaženia aj v tom istom tkanive aj pre jeho celkové zloženie. Kosť však možno považovať za kompozitný materiál pozostávajúci z minerálnej, organickej a vodnej zložky. V liečebnej rehabilitácii sledujeme prejavy nocicepcie pri deformácii a jej znášanie pacientom, ale aj hustotu kostí pacienta – stupeň osteopénie, osteoporózy.
Fyzické sily prispievajú k rozvoju tkanív a homeostáze (neustála remodelácia tkaniva). Vonkajšie zaťaženie je dôležité pre tkanivá, ako je chrupavka a kosť, aby sa zachoval vhodný obsah a zloženie extracelulárnej matrice. Pre chrupavku a kosť vedie zhoršená pohyblivosť a tým znížená mechanická stimulácia k zníženiu obsahu proteoglykánov a hustoty minerálov v kostiach; oboje je možné zvýšiť cvičením.
Svalové tkanivá
Elasticita je dôležitá vlastnosť svalov, ktorá umožňuje pohyb a stabilitu tela. Elasticita svalových tkanív závisí od typu svalu, jeho štruktúry a zloženia. Hlavnou funkciou hydratovaného elastínu je elasticky sa naťahovať a sťahovať, čím pôsobí ako hnacia sila spätného rázu elastického tkaniva pri uvoľnení sily, ktorá spôsobila deformáciu. Zvýšenie pomeru elastínu ku kolagénu vedie k zníženiu celkovej tuhosti tkaniva a zvýšeniu jeho deformovateľnosti a spätného rázu. Naopak, znížený pomer elastínu ku kolagénu má opačné účinky.
Hladké svalové tkanivo sa nachádza v stenách vnútorných orgánov, ako sú tráviaci trakt, cievy, močový mechúr a maternica. Je to tkanivo neovládané vôľou, ktoré sa kontrahuje pomaly a dlho. Hladké svalové tkanivo má vysokú elasticitu, pretože sa dokáže prispôsobiť zmenám objemu orgánov.
Systém cielenej celostnej trakčnej kinezioterapie chrbtice je prínosom pre seniorov.
Priečne pruhované svalové tkanivo tvorí väčšinu kostrových svalov, ktoré ovládajú pohyb tela. Je to vôľové tkanivo, ktoré sa kontrahuje rýchlo a silno. Priečne pruhované svalové tkanivo má strednú elasticitu, pretože sa skladá z pružných vlákien kolagénu a elastínu, ktoré obklopujú svalové vlákna.
Srdcové svalové tkanivo je špeciálny typ priečne pruhovaného tkaniva, ktorý sa nachádza iba v stene srdca. Je to tkanivo neovládané vôľou, ktoré sa kontrahuje rytmicky a neustále. Srdcové svalové tkanivo má nízku elasticitu, pretože sa musí pravidelne stiahnuť a uvoľniť bez deformácie.
Jazva
Keď sa normálna tkanivová homeostáza dostane do nerovnováhy, čo sa môže vyskytnúť počas poranenia tkaniva, funkcia tkaniva sa môže zhoršiť. Výraznou črtou mnohých poranených tkanív je zmenená tkanivová mechanika. Počas normálneho procesu hojenia rán je bežné, že extracelulárna matrica (podporný materiál – často kolagén, ktorý obklopuje všetky bunky) poškodených tkanív je nahradené fibróznym tkanivom, ktoré je tuhšie ako pôvodná extracelulárna matrica. Novovytvorené tkanivo so zvýšenou tuhosťou je tkanivo jazvy. Stuhnutie matrice v tkanive jazvy má tendenciu byť výsledkom abnormálneho alebo zvýšeného ukladania extracelulárnej matrice, zvýšeného zosieťovania extracelulárnej matrice a zníženej alebo abnormálnej degradácie matrice.
V niektorých oblastiach tela, ako je koža, tvorba jaziev zvyčajne nenarušuje normálnu funkciu tkaniva. Ale zmeny v tuhosti matrice po hojení rán často narúšajú normálne bunkové správanie v iných častiach tela. Napríklad zjazvenie centrálneho nervového systému môže vážne narušiť funkciu tkaniva. V mozgu a mieche vedie poškodenie tkaniva k tvorbe gliálnej jazvy, ktorá pôsobí ako mechanická bariéra a inhibuje prenos signálu. Dozrievanie gliálnej jazvy je spojené so zvýšeným ukladaním fibronektínu, čo inhibuje rast axónov a ich hojenie.
Nepriaznivé účinky fibrózy alebo zjazvenia možno ignorovať pri malých ranách, ale pri veľkých kožných jazvách a široko rozšírenej fibróze v tkanivách alebo orgánoch, ako sú pľúca, obličky a pečeň, sú to vážne život ohrozujúce stavy.
Nedostatok pohybu, pobyt na lôžku zvyšuje stuhnutosť tkanív vnútorných orgánov od ciev cez pečeň až k štruktúram rakoviny. Aj po chirurgickom zákroku začíname s rehabilitáciu čím skôr, aby sme docielili elastickú jazva.
Pokiaľ sa nám rany hoja dlho a zostávajú po nich veľké jazvy, je to známka toho, že máme nedostatok kolagénu. Na jazvy sa používajú kolagénové obväzy, ktoré podporujú hojenie rán - rýchlejšie hojenie a menej viditeľná jazva. OIpatrní majú byť ľudia citlivý na kolagén. V prípade alergikov na kolagén nie je tento typ liečby doporučený.
Fibrotické ochorenia
Extracelulárna matrica je nevyhnutná pre normálne procesy hojenia rán, ale nadmerné ukladanie matrice, napr. pri fibrotických ochoreniach, môže viesť k dysfunkcii orgánov. Fibrotické ochorenia, ktoré zahŕňajú pľúcnu fibrózu, systémovú sklerózu, cirhózu pečene a kardiovaskulárne ochorenia, sú typicky charakterizované hyperproliferáciou fibroblastov, ich diferenciáciou na myofibroblasty a nadmernou syntézou a sekréciou extracelulárnej matrice. Konštitutívna aktivácia kolagén vylučujúcich buniek podobných myofibroblastom vedie k zvýšeniu množstva aj koncentrácie kolagénu, čo narúša normálnu tkanivovú homeostázu, čím viac podporuje produkciu a vedie k stuhnutiu tkaniva.
Starnutie
Starnutie je ďalším faktorom, ktorý môže narušiť homeostázu tkaniva, aby sa zmenili mechanické vlastnosti tkaniva. Starnutie znižuje stuhnutosť mäkkého tkaniva okolo bedrovej oblasti, čo má za následok zvýšené riziko zlomeniny bedra u starších ľudí. Ďalším príkladom je, že štruktúra extracelulárnej matrice svalov u starších ľudí je tuhšia v dôsledku zvýšenej hustoty vysoko zosieťovaného kolagénu ako u mladších ľudí. Starnutie ovplyvňuje aj stuhnutosť steny krvných ciev.
Bežne pozorujeme u starnúcich ľudí, že srdcovo-cievne, pľúcne a dermálne tkanivá sú čoraz tuhšie a strácajú svoju základnú schopnosť rýchlo a efektívne znovu nadobudnúť pôvodný tvar. Strata elasticity kože, krvných ciev, pľúc a iných tkanív je nepochybným znakom procesu starnutia.
Kolagén obsahujú napr. tlačenka, vnútornosti, kuracie stehná, ryby. Orientujeme sa aj na farebnú zeleninu.
Rybí kolagén si získal významné komerčné zameranie s perspektívnymi aplikáciami v rôznych odvetviach súvisiacich so zdravím, vrátane potravín, medicíny, farmácie a kozmetiky. Vzhľadom na jeho výrazné výhody oproti kolagénu na báze cicavcov a jeho vynikajúcej biologickej dostupnosti, použitie kolagénu získaného z rybieho odpadu (koža, šupiny) sa rýchlo rozšírilo. Vyskúšajte kožu z lososa.
Kalcifikácia, viazanie cholesterolu, enzymatická degradácia elastínu vedúca k uvoľňovaniu elastokínov a chronický zápal nízkeho stupňa sa navzájom dopĺňajú a posilňujú. Aj keď zdravý životný štýl pomáha znižovať vonkajšie rizikové faktory a dokáže oddialiť nástup oslabenia elastických vlákien, nedokáže úplne zabrániť vlastným degradačným procesom v extracelulárnej matrici starnúcich tkanív.
Elastické vlákna a produkty ich rozpadu, najmä elastokíny, sa podieľajú na etiológii mnohých chorôb, ako aj na zdravotných problémoch súvisiacich so starnutím. Deštrukcia elastínu a biologické procesy spúšťané elastokínmi podporujú rozvoj a progresiu rôznych patologických stavov.
Orientácia na vegetariánsku stravu vo vyššom veku má dopad na sarkopéniu, hustotu kostí... Otázka vplyvu vegetariánskej stravy na extracelulárnu matricu nie je zatiaľ dostatočne preskúmaná.
- Remodelácia a adaptácia: Cvičenie vedie k remodelácii a adaptácii ECM v reakcii na mechanické sily a zmeny v dopyte po tkanive. Rôzne typy cvičení, ako je silový tréning, vytrvalostný tréning a aktivity s vysokým dopadom - plyometrický tréning, balistický tréning, vyvolávajú špecifické remodelačné reakcie v rôznych tkanivách. Napríklad kostné tkanivo zaznamenáva zvýšenú mineralizáciu a hustotu, zatiaľ čo šľachy a väzy podliehajú zmenám v zložení a organizácii kolagénu.
- Syntéza kolagénu a zosieťovanie: Kolagén je hlavnou zložkou ECM a poskytuje pevnosť v ťahu tkanivám, ako sú šľachy, väzy a koža. Cvičenie stimuluje syntézu kolagénu a zvyšuje zosieťovanie kolagénových vlákien, čo vedie k zvýšeniu pevnosti a odolnosti tkaniva.
- Obsah proteoglykánov: Proteoglykány sú molekuly, ktoré pomáhajú udržiavať hydratáciu a lubrikáciu tkaniva priťahovaním vody. Cvičenie ovplyvňuje zloženie a obsah proteoglykánov v ECM, čo prispieva k mechanickým vlastnostiam tkanív, ako je chrupavka.
- Angiogenéza: Mechanické zaťaženie vyvolané cvičením vedie k zvýšenej angiogenéze, tvorbe nových krvných ciev. To zvyšuje prísun živín a kyslíka do tkanív, podporuje remodeláciu ECM a opravu tkaniva.
- Zápal a oprava: Cvičenie vyvoláva zápal na nízkej úrovni ako súčasť procesu opravy tkaniva. Zápalové bunky uvoľňujú cytokíny a rastové faktory, ktoré ovplyvňujú prestavbu ECM a správanie buniek. V priebehu času tento zápal prispieva k adaptácii a oprave tkaniva.
- Špecifickosť tkaniva: Rôzne tkanivá majú jedinečné zloženie ECM a reakcie na cvičenie. Napríklad ECM v kostrovom svale zaznamenáva zmeny v zložení a usporiadaní vlákien v reakcii na silový tréning, zatiaľ čo kardiovaskulárne cvičenie ovplyvňuje ECM krvných ciev a srdca.
- Mechanotransdukcia: Mechanické sily vyvolané cvičením sú snímané bunkami prostredníctvom mechanotransdukčných dráh. Bunky reagujú na tieto mechanické signály zmenou produkcie ECM, bunkovej adhézie a signálnych dráh. Táto interakcia medzi mechanickými silami a správaním buniek hrá kľúčovú úlohu pri prestavbe ECM.
- Starnutie a choroby: Pravidelné cvičenie počas života pomáha zachovať integritu a funkciu ECM, znížiť riziko degenerácie súvisiacej s vekom a chorôb, ako je napr. osteoporóza a osteoartritída...
Stravovanie - dopĺňanie kolagénu
V ponuke existuje množstvo doplnkov výživy na zlepšenie stavu extracelulárnej matrice - ECM. Doporučujeme poradiť sa so svojím lekárnikom na optimálnej voľbe.
Kolagén je bielkovina, ktorá je základnou stavebnou hmotou podporných tkanív, ako sú šľachy, väzy, chrupavky, kosti a pokožka. Dodáva tkanivám pevnosť, odolnosť a elasticitu. S vekom sa množstvo a kvalita kolagénu znižuje, čo sa prejavuje na starnutí pokožky, oslabení kĺbov a kostí a zníženej regenerácii tkanív. Preto je dôležité dopĺňať kolagén stravou alebo doplnkami výživy. Niektoré potraviny obsahujú kolagén alebo podporujú jeho tvorbu: vývar z kostí, želatína, hydrolizovaný kolagén - stráviteľnejší (rozkladná reakcia pôsobením vody), ryby, mäso, vajcia, citrusy, bobuľovité ovocie (čučoriedky, brusnice, ríbezle...), zelená listová zelenina a orechy. Na zabudovanie kolagénu do tela je potrebný vitamín C.