Patogeneza skoliozy – mechanizmy rozwoju krzywizny kręgosłupa

Patogeneza skoliozy stanowi jeden z najbardziej złożonych i niepełnie poznanych procesów w ortopedii. Skolioza idiopatyczna, będąca najczęstszą formą tego schorzenia, charakteryzuje się trójwymiarową deformacją kręgosłupa, której mechanizmy rozwoju pozostają przedmiotem intensywnych badań i debat naukowych¹. Pomimo licznych hipotez patogenetycznych przedstawianych na przestrzeni dziesięcioleci, żadna z nich nie zyskała powszechnej akceptacji, a kontrowersje dotyczące przyczyn i mechanizmów rozwoju skoliozy utrzymują się¹.

Współczesne rozumienie patogenezy skoliozy opiera się na koncepcji wieloczynnikowej natury tego schorzenia. Badania wskazują, że skolioza może wynikać z spektrum różnych czynników ryzyka genetycznego, od bardzo rzadkich lub nawet prywatnych wariantów po bardzo powszechne w populacji ogólnej². Efekt ryzyka tych wariantów może również wahać się od dość poważnego do bardzo łagodnego, a nawet niewykrywalnego w praktyce².

Główne mechanizmy patogenetyczne

Analiza dostępnej literatury naukowej pozwala na wyodrębnienie czterech głównych mechanizmów patogenetycznych odpowiedzialnych za rozwój skoliozy¹:

Asymetryczna dysregulacja wzrostu kości stanowi jeden z kluczowych mechanizmów. Proces ten obejmuje zaburzenia w normalnym wzroście kręgów, prowadzące do asymetrycznego rozwoju struktur kostnych. Badania wykazały, że u pacjentów ze skoliozą idiopatyczną dochodzi do zmian w białkach związanych ze wzrostem kości, w tym kinazy pirogronianowej M2 (PKM2), aneksyny A2, białka szoku cieplnego 27 kDa (HSP27) oraz aktyn β i γ³.

Podatność kości na deformacje reprezentuje drugi istotny mechanizm patogenetyczny. Obejmuje on zwiększoną skłonność struktur kostnych do odkształceń pod wpływem sił mechanicznych. Ten mechanizm może być związany z zaburzeniami w metabolizmie kolagenu oraz nieprawidłowościami w składzie macierzy pozakomórkowej kości⁴.

Nieprawidłowe utrzymanie biernego systemu kręgosłupa dotyczy zaburzeń w funkcjonowaniu struktur łącznotkankowych, w tym więzadeł, dysków międzykręgowych oraz innych elementów stabilizujących kręgosłup. Badania wykazały zmniejszenie zawartości glikozaminoglikanów w jądrze miażdżystym u pacjentów ze skoliozą idiopatyczną, co może wpływać na właściwości lepkosprężyste dysków międzykręgowych i prowadzić do trwałych deformacji⁴.

Zaburzenia aktywnego systemu utrzymania kręgosłupa obejmują nieprawidłowości w funkcjonowaniu mięśni przykręgosłupowych oraz systemów kontroli postawy. Badania mięśni przykręgosłupowych wykazały zmiany i asymetrię tych struktur, które mogą prowadzić do dysharmonii w kontroli postawy i ruchu kręgosłupa, przyczyniając się tym samym do progresji skoliozy⁵.

Teoria błędnego koła i progresja deformacji

Wśród licznych hipotez patogenetycznych teoria „błędnego koła” (vicious cycle) zajmuje dominującą pozycję¹. Zgodnie z tą koncepcją, istniejąca już deformacja może prowadzić do asymetrycznego obciążenia rosnącego kręgosłupa, co z kolei powoduje asymetryczny wzrost kręgów. Proces ten tworzy swoistą pętlę sprzężenia zwrotnego, w której deformacja nasila sama siebie⁶.

Mechanizm ten opiera się na zasadzie Huetera-Volkmanna, zgodnie z którą siły uciskowe hamują wzrost szkieletu, podczas gdy siły rozciągające przyspieszają wzrost⁷. W przypadku skoliozy asymetryczne ciśnienie na niedojrzałe kręgi powoduje, że część kręgu po stronie wklęsłej krzywizny zmniejsza wzrost, podczas gdy po stronie wypukłej, gdzie ciśnienie jest mniejsze, wzrost jest normalny lub przyspieszony⁸.

Czynniki genetyczne w patogenezie

Badania genetyczne dostarczają coraz więcej dowodów na dziedziczną naturę skoliozy idiopatycznej. Analiza bliźniąt wykazała wyższą zgodność występowania skoliozy u bliźniąt jednojajowych (0,13) niż u dwujajowych (0,00)⁹. Pomimo kontrowersji dotyczących wzorca dziedziczenia, obecne badania wskazują, że aberracje chromosomalne, wariacje loci genowych powodujące pierwotne zmiany ekspresyjne oraz zmiany epigenetyczne wynikające z czynników środowiskowych regulują ekspresję genów⁹. Wszystkie te elementy współdziałają, powodując dysfunkcję aktywności komórkowej, która prowadzi do rozwoju skoliozy⁹.

Rola komórek macierzystych mezenchymalnych

Najnowsze badania skupiają się na roli komórek macierzystych mezenchymalnych (MSC) w patogenezie skoliozy. Komórki te posiadają zdolność różnicowania w osteoblasty, chondrocyty lub adipocyty¹⁰. U pacjentów ze skoliozą idiopatyczną wykazano zmniejszoną zdolność osteogenną MSC oraz skłonność tych komórek do różnicowania adipogennego³. Wynikający z tego niski stan gęstości mineralnej kości został również odnotowany u pacjentów ze skoliozą, co sugeruje, że komórki macierzyste szpiku kostnego mogą regulować tworzenie masy kostnej u pacjentów ze skoliozą, uczestnicząc tym samym w rozwoju tej choroby³.

Teoria podwójnego neuro-kostnego mechanizmu

Jedna z nowszych teorii patogenezy skoliozy, zwana teorią podwójnego neuro-kostnego mechanizmu, postuluje rozwojową dysharmonię między somatycznym i autonomicznym układem nerwowym wyrażoną w kręgosłupie i tułowiu¹¹. Teoria ta przewiduje, że patogeneza skoliozy u dziewcząt opiera się na dysfunkcji jednego lub obu z dwóch domniemanych normalnych mechanizmów zaangażowanych w wzrost tułowia¹¹. Autonomiczny składnik tej teorii obejmuje selektywnie zwiększoną wrażliwość podwzgórza na krążącą leptynę, z asymetrią jako niepożądaną odpowiedzią¹¹.

Biomechaniczne aspekty patogenezy

Biomechanika kręgosłupa odgrywa kluczową rolę w patogenezie skoliozy. Badania nad mechaniką deformacji prętów elastycznych dostarczają dowodów, że kształt profilu strzałkowego u poszczególnych osób może być główną przyczyną trójwymiarowej deformacji kręgosłupa obserwowanej w populacji ze skoliozą idiopatyczną¹². Analiza mechaniki deformacji trójwymiarowej prętów elastycznych wykazała, że wzory deformacji trójwymiarowej kręgosłupa mogą być charakterystyczne dla esowatej krzywizny kręgosłupa strzałkowego¹³.

Unikalna biomechanika wyprostowanego kręgosłupa ludzkiego, ze znacznie zmniejszoną stabilnością rotacyjną, może wyjaśniać, dlaczego tylko u ludzi mechanizm ten może być wywołany stosunkowo łatwo, bez oczywistej przyczyny, i dlatego wciąż nazywany jest idiopatycznym¹⁴. Skolioza może być uniwersalnym mechanizmem kompensacyjnym kręgosłupa, składającym się z rotacji kręgów w kierunku wypukłości krzywizny, w połączeniu z przednim wydłużeniem dysków międzykręgowych, który może być spowodowany przez różne pierwotne wyzwania dla równowagi kręgosłupa¹⁴.

Wnioski dotyczące patogenezy

Patogeneza skoliozy pozostaje złożonym i wieloaspektowym procesem, który wymaga dalszych badań dla pełnego zrozumienia. Obecny stan wiedzy wskazuje na wieloczynnikową naturę tego schorzenia, w którym czynniki genetyczne, środowiskowe, biomechaniczne i rozwojowe współdziałają w sposób skomplikowany¹⁵. Zrozumienie mechanizmów rozwoju deformacji kręgosłupa w skoliozę jest pierwszym krokiem w skutecznym zarządzaniu chorobą, którego celem jest zapobieganie rozwojowi deformacji lub odwrócenie procesu deformacji¹³. Dalsze badania nad patogenezą skoliozy mogą wprowadzić zmieniający się paradygmat w opiece klinicznej nad skoliozą idiopatyczną poprzez przesunięcie opieki klinicznej z korekcji deformacji na prewencję w tej populacji pacjentów¹⁶.